JP2015528214A

JP2015528214A - ヒートシンクを介した放熱装置

Info

Publication number: JP2015528214A
Application number: JP2015524160A
Authority: JP
Inventors: ドゥク−ヨン・キム; チャン−ウー・ヨ; チ−バク・リュ; ミン−シク・パク
Original assignee: ケーエムダブリュ・インコーポレーテッド
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2015-09-24
Also published as: EP2882270A4; EP2882270A1; CN104521334A; US20150144321A1; WO2014025074A1

Abstract

本発明はヒートシンクを介した放熱装置であって、一端には基板上に設けられる発熱素子と接触する接触面を有し、他端にはヒートシンクと接触する接触面を有し、発熱素子から発生した熱をヒートシンクに伝達する熱伝導部材と、熱伝導部材を発熱素子側に押す弾性力を提供する弾性部材と、ヒートシンクで熱伝導部材と接触する接触面を形成し、熱伝導部材が発熱素子側にスライドされて移動できるように機械的にガイドするガイド部材と、基板とヒートシンクが相互固定されるように付着される場合に、基板とヒートシンクとの間に予め設定された間隔を維持するために挿入される間隔維持部材と、を含む。

Description

本発明は、放熱装置に関し、特に熱放出のためにヒートシンクを具備した各種電気、電子装置で使用され得るヒートシンクを介した放熱装置に関する。

一般的に、各種電気、電子部品は、該当部品の種類によって、非常に高い熱を発生する部品もあり、そのような発熱素子から発生する熱を効率的に放出するための熱放出構造が要求される。例えば、高電力及び高出力の増幅素子や、高速、高機能を遂行するＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)、又はＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)などの素子では比較的多量の熱が発生する。発生する熱は、該当部品や装置の性能を低下するか、機能障害及び部品損傷を起こす主要要因になる。

このような発熱素子から発生する熱を放出するために、通常、熱放出処理を必要とする装置は、外観に複数の熱放出ピンを有するヒートシンクを設置する。ヒートシンクは、通常、ピンのサイズや個数、全体面積などに比例して放熱効率が上がるが、該当ヒートシンクが設置される装置の小型化及び軽量化要求に合せてヒートシンクの設計が制限される。特に、このような小型化及び軽量化に対する要求は、移動通信基地局や中継器などのように、地上と比較して高い所に設けられる装置では非常に重要な要求条件である。

したがって、小型化及び軽量化の要求を満たし、放熱効率を上げるための技術が多様に研究されている。

従って、本発明の目的は、放熱効率を上げると共に、小型化及び軽量化するためのヒートシンクを介した放熱装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、発熱素子別に効率的な熱放出を誘導するためのヒートシンクを介した放熱装置を提供することにある。

上記のような目的を達成するための本発明は、ヒートシンクを介した放熱装置であって、一端には、基板上に設けられる発熱素子と接触する接触面を有し、他端には、ヒートシンクと接触する接触面を有し、上記発熱素子から発生した熱を上記ヒートシンクに伝達する熱伝導部材と、上記熱伝導部材を上記発熱素子側に押す弾性力を提供する弾性部材と、上記ヒートシンクで上記熱伝導部材と接触する接触面を形成し、上記熱伝導部材が上記発熱素子側にスライドされて移動できるように機械的にガイドするガイド部材と、上記基板と上記ヒートシンクが相互固定されるように付着される場合に、上記基板と上記ヒートシンクとの間に予め設定された間隔を維持するために挿入される間隔維持部材と、を含むことを特徴とする。

上記したように、本発明におけるヒートシンクを介した放熱装置は、放熱効率を上げると共に小型化及び軽量化をすることができ、また、発熱素子別に効率的な熱放出を誘導できる。

本発明の第１の実施形態におけるヒートシンクを介した放熱装置の分解斜視図である。図１のＡ−Ａ′部分の切断面図である。図２の組立図である。本発明の第２の実施形態におけるヒートシンクを介した放熱装置の構造図である。本発明の第３の実施形態におけるヒートシンクを介した放熱装置の構造図である。本発明の第４の実施形態におけるヒートシンクを介した放熱装置の構造図である。

本発明における好ましい実施形態について、添付図面を参照して以下に詳述する。添付図面を通じて、同一の構成要素については同一の符号が付されている。また、下記説明では、ヒートシンク、熱伝導部材、弾性部材、及びガイド部材等の具体的な構成が示されるが、本発明の理解を補助することを目的とするにすぎず、具体的な構成は本発明の技術的範囲内であれば改良又は変更可能とされる。

図１は、本発明の第１の実施形態におけるヒートシンクを介した放熱装置の分解斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ′部分の切断面図である。図３は、図２の組立図である。図１乃至図３を参照すると、本発明の第１の実施形態における放熱装置は、熱伝導部材３０，３２，３４を含んでいる。熱伝導部材３０，３２，３４はそれぞれ、ヒートシンク１０が基板２０（図面上）の上側に位置している場合に、基板２０に取り付けられている様々な形状から成る複数の発熱素子６０，６２，６４に対応するように据え付けられている。これにより、熱伝導部材３０，３２，３４の一方の端部には、対応する発熱素子６０，６２，６４に接触する接触面が形成されており、熱伝導部材３０，３２，３４の他方の端部には、ヒートシンク１０に接触する接触面が形成されているので、発熱素子３０，３２，３４から発生した熱をヒートシンク１０に伝達させることができる。

また、放熱装置は、複数の弾性部材４０，４２，４４を含んでいる。複数の弾性部材４０，４２，４４は、熱伝導部材３０，３２，３４それぞれに対応するように取り付けられており、熱伝導部材３０，３２，３４を対応する発熱素子６０，６２，６４に向かって押圧するための弾性力を提供する。弾性部材４０，４２，４４それぞれは、コイルバネ構造体として具現化されているが、板バネやゴム材料から作られた弾性体として具現化されていても良い。

また、ヒートシンク１０は、複数のガイド部材１６（図２及び図３参照）を含んでいる。複数のガイド部材１６は、熱伝導部材３０，３２，３４それぞれに対応するように形成されており、対応する熱伝導部材３０，３２，３４に接触している接触面を有しており、対応する熱伝導部材３０，３２，３４を対応する発熱素子６０，６２，６４に向かって滑動するように機械的に案内する。

熱伝導部材３０，３２，３４はそれぞれ、対応する弾性部材４０，４２，４４が挿入可能とされる溝を具備する円筒状の形態とされる。また、ガイド部材１６それぞれが、丸められた溝構造体を有しており、溝構造体の直径は、対応する熱伝導部材３０，３２，３４の直径に対応するので、対応する熱伝導部材３０，３２，３４は、（弾性部材４０，４２，４４と共に）ガイド部材１６に挿入可能とされる。さらに、円筒状の形態とされる対応する熱伝導部材３０，３２，３４の側面が、ガイド部材１６に接触している。

しかしながら、熱伝導部材は、円筒状の形態ではなく、任意の他の形態であっても良いので、ガイド部材も、様々な形態とすることができる。また、熱伝導部材の大きさは、対応する発熱素子の大きさに対応しており、発熱素子の形状に対応することを条件として様々な形態とすることができる。

一方、ヒートシンク１０は、複数のネジ５２による螺合を介して、基板２０に固定された状態で取り付けられている。ヒートシンク１０が基板２０と結合された場合にヒートシンク１０と基板２０との間において所定の間隔を維持するために、複数の間隔維持部材５０が設けられている。間隔維持部材５０には、ネジ５２が貫通可能とされる穴が形成されている。ネジ５２は、基板２０に形成されている穴と間隔維持部材５０に形成されている穴とを介して、ヒートシンク１０の対応する位置に形成されているネジ穴１４と結合されており、これによりヒートシンク１０を基板２０に固定された状態で取り付けることができる。

このように、基板２０とヒートシンク１０とが、間隔維持部材５０を介して適切に離隔された状態において、互いに対して固定された状態で取り付けられた場合に、特に図３から理解されるように、熱伝導部材３０の一方の端部が発熱素子６０に接触しており、熱伝導部材３０の他方の端部はガイド部材１６に押し込まれている。また、このような状態であっても、熱伝導部材３０は、弾性部材４０を介して発熱素子６０に対する接触を維持している。

この場合、ヒートシンク１０が基板２０に固定された状態で取り付けられた後であっても、熱伝導部材３０をガイド部材１６にある程度押し込むことができる空間が提供されるように、熱伝導部材３０及びガイド部材１６の長さは概略的に設定されている。当該空間を形成することができない場合には、著しく大きい圧力が、部品公差や製造公差に起因して、熱伝導部材３０を介して発熱素子６０に作用するので、その結果として、発熱素子６０が損傷する。

同様に、弾性部材４０の弾性力も、発熱素子６０に対する接触熱伝導部材３０のを維持しつつ、使用環境において可能な限り発熱素子６０に圧力を加えないように適切に設定されている。

また、高さが相違する複数の発熱素子が基板の上に設けられている場合には、熱伝導部材及びガイド部材の長さと弾性部材の弾性力とが、発熱素子それぞれに対応するように、異なる値に設定されている。

上述の構成では、複数の発熱素子６０，６２，６４から発生される熱が、複数の熱伝導手段３０，３２，３４を介してヒートシンク１４に急速に伝導されるので、放熱効率を著しく高めることができる。

上述の構造では、例えばサーマルグリースやサーマルコンパウンドのような熱伝導物質(thermal paste）を、発熱素子に対する熱伝導部材の接触面に及びガイド部材に対する熱伝導部材の接触面に適切に塗布することによって、熱伝導性を効果的に高めることができる。

図４は、本発明の第２の実施形態におけるヒートシンクを介した放熱装置の構造図である。図４を参照すると、本発明の第２の実施形態における放熱装置の構造は、ヒートシンク１０に形成されているガイド部材１８の構成を除いて、図１乃至図３に図示される第１の実施形態における放熱装置の構造に類似している。

言い換えれば、本発明の第２の実施形態における熱伝導装置では、ガイド部材１８は、円筒状の形態とされ、ガイド部材１８の直径は、円筒状の形態とされる対応する熱伝導部材３０の直径に対応している。これにより、熱伝導部材３０は、ガイド部材１８に挿入可能とされる。

また、複数の間隔維持部材５０が、基板２０とヒートシンク１０との間に挿置されており、これによりヒートシンク２０が基板１０と結合された場合に、基板２０とヒートシンク１０との間において所定の間隔が維持されている。複数の間隔維持部材５０が、ヒートシンク１０に一体に形成されていても良い。複数のネジ５２′によって螺入される複数のネジ穴１４′が、一体型の間隔維持部材５０に形成されている。複数のネジ５２′が、基板２０に形成されている穴を介して、一体型の間隔維持部材５０に形成されているネジ穴１４′に螺入され、これによりヒートシンク１０が、基板２０に固定された状態で取り付けられる。

同様に、図４に表わす第２の実施形態においても、ヒートシンク１０が基板２０に固定された状態で取り付けられた後であっても、熱伝導部材３０をガイド部材１８にある程度押し込むことができる空間が提供されるように、熱伝導部材３０及びガイド部材１６の長さは概略的に設定されている。従って、過度な圧力が発熱素子６０に加えられることが防止される。

図５は、本発明の第３の実施形態におけるヒートシンクを介した放熱装置の構造図である。図５を参照すると、本発明の第３の実施形態における放熱装置の構造は、ヒートシンク１０に形成されているガイド部材１８′の構成を除いて、図１乃至図３に図示される第１の実施形態における放熱装置の構造に類似している。

本発明の第３の実施形態における放熱装置では、図４に表わす第２の実施形態と同様に、ヒートシンク１０の内面から突出している円筒状の形態とされる。しかしながら、図４に表わす第２の実施形態とは異なり、ガイド部材１８′の直径が、円筒状の形態とされる熱伝導部材３０′の直径に対応しているので、ガイド部材１８′が、熱伝導部材３０′の溝に挿入可能とされる。

図６は、本発明の第４の実施形態におけるヒートシンクを介した放熱装置の構造図である。図６を参照すると、本発明の第４の実施形態における放熱装置の構造は、熱伝導部材３１及び弾性部材７０の構成を除いて、図１乃至図３に図示される第１の実施形態における放熱装置の構造に類似している。

言い換えれば、本発明の第４の実施形態における放熱装置では、熱伝導部材３１が、溝を具備しない円筒状の形態とされ、弾性部材７０は、コイルバネ構造体ではなく板バネ構造体とされる。

上記のように、本発明の一実施形態における熱伝導装置の構成を成すことができ、一方、上記した本発明の説明では具体的な実施形態に関して説明したが、多様な変形が本発明の範囲を逸脱することなく実施できる。例えば、上記の実施形態では、ガイド部材が溝構造や、突出された円筒形態の構造を有すると説明したが、これらを混合して一部分は溝構造を有し、残りの部分は突出された円筒形態の構造を有するように構成することもできる。また、上記の実施形態に開示の構造において、一部構造は他の実施形態にも部分的に適用可能である。例えば、図４の第２の実施形態における一体型の間隔維持部材５０及び図６に図示される円筒形態の熱伝導部材３１、板バネ７０などは他の実施形態にも適用可能である。

このように、本発明の多様な変形及び変更が行われることができ、従って、本発明の範囲は説明された実施形態によって定められることではなく、特許請求の範囲及び均等なものにより定められるべきである。

１０ヒートシンク
１４ネジ穴
１６ガイド部材
１８ガイド部材
２０基板
３０熱伝導部材
３２熱伝導部材
３４熱伝導部材
４０弾性部材
４２弾性部材
４４弾性部材
５０間隔維持部材
５２ネジ
６０発熱素子
６２発熱素子
６４発熱素子

図１は、本発明の第１の実施形態におけるヒートシンクを介した放熱装置の分解斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ′部分の切断面図である。図３は、図２の組立図である。図１乃至図３を参照すると、本発明の第１の実施形態における放熱装置は、熱伝導部材３０，３２，３４を含んでいる。熱伝導部材３０，３２，３４はそれぞれ、ヒートシンク１０が基板２０（図面上）の上側に位置している場合に、基板２０に取り付けられている様々な形状から成る複数の発熱素子６０，６２，６４に対応するように据え付けられている。これにより、熱伝導部材３０，３２，３４の一方の端部には、対応する発熱素子６０，６２，６４に接触する接触面が形成されており、熱伝導部材３０，３２，３４の他方の端部には、ヒートシンク１０に接触する接触面が形成されているので、発熱素子６０，６２，６４から発生した熱をヒートシンク１０に伝達させることができる。

しかしながら、熱伝導部材３０，３２，３４は、円筒状の形態ではなく、任意の他の形態であっても良いので、ガイド部材１６も、様々な形態とすることができる。また、熱伝導部材３０，３２，３４の大きさは、対応する発熱素子６０，６２，６４の大きさに対応しており、発熱素子６０，６２，６４の形状に対応することを条件として様々な形態とすることができる。

一方、ヒートシンク１０は、複数のネジ５２による螺合を介して、基板２０に固定された状態で取り付けられている。ヒートシンク１０が基板２０と結合された場合にヒートシンク１０と基板２０との間において所定の間隔を維持するために、複数の間隔維持部材５０が設けられている。間隔維持部材５０には、ネジ５２が貫通可能とされる穴が形成されている。ネジ５２は、基板２０に形成されている穴２４と間隔維持部材５０に形成されている穴とを介して、ヒートシンク１０の対応する位置に形成されているネジ穴１４と結合されており、これによりヒートシンク１０を基板２０に固定された状態で取り付けることができる。

また、高さが相違する複数の発熱素子が基板２０の上に設けられている場合には、熱伝導部材３０，３２，３４及びガイド部材１６の長さと弾性部材４０，４２，４４の弾性力とが、発熱素子それぞれに対応するように、異なる値に設定されている。

上述の構造では、例えばサーマルグリースやサーマルコンパウンドのような熱伝導物質(thermal paste）を、発熱素子６０，６２，６４に対する熱伝導部材３０，３２，３４の接触面に及びガイド部材１６に対する熱伝導部材３０，３２，３４の接触面に適切に塗布することによって、熱伝導性を効果的に高めることができる。

また、複数の間隔維持部材１９が、基板２０とヒートシンク１０との間に挿置されており、これによりヒートシンク２０が基板１０と結合された場合に、基板２０とヒートシンク１０との間において所定の間隔が維持されている。複数の間隔維持部材１９が、ヒートシンク１０に一体に形成されていても良い。複数のネジ５２′によって螺入される複数のネジ穴１４′が、一体型の間隔維持部材５０に形成されている。複数のネジ５２′が、基板２０に形成されている穴を介して、一体型の間隔維持部材５０に形成されているネジ穴１４′に螺入され、これによりヒートシンク１０が、基板２０に固定された状態で取り付けられる。

Claims

ヒートシンクを介した放熱装置において、
基板に取り付けられている発熱素子に接触している接触面を具備する一方の端部と、前記ヒートシンクに接触していると共に、前記発熱素子から発生された熱を前記ヒートシンクに伝導させるように構成されている接触面を具備する他方の端部と、を有している熱伝導部材と、
前記熱伝導部材を前記発熱素子に向かって押圧するための弾性力を提供するように構成されている弾性部材と、
前記熱伝導部材に接触するための接触面を形成するように前記ヒートシンクに配置されているガイド部材であって、前記熱伝導部材を前記発熱素子に向かって滑動するように機械的に案内するように構成されているガイド部材と、
前記ヒートシンクが前記基板に固定された状態で取り付けられた場合に、前記基板と前記ヒートシンクとの間において所定の間隔を維持するために、前記基板と前記ヒートシンクとの間に挿置されている間隔維持部材と、
を含むことを特徴とする放熱装置。
前記熱伝導部材が、前記弾性部材が挿入される溝を具備する円筒状の形態とされることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
前記ガイド部材が、桶状の形態とされ、
前記ガイド部材の直径が、前記ガイド部材の直径に対応しており、これにより前記ガイド部材が、前記ガイド部材の前記溝に接触しつつ、前記ガイド部材の前記溝に挿入され、
前記ガイド部材が、前記ヒートシンクの内面から突出していることを特徴とする請求項２に記載の放熱装置。
前記ガイド部材が、溝構造体を含んでおり、
前記溝構造体の直径が、前記熱伝導部材の直径に一致しており、これにより前記熱伝導部材が、前記溝構造体に挿入され、
前記熱伝導部材の側面が、前記溝構造体に接触していることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
前記ガイド部材が、桶状の形態とされ、
前記ガイド部材の直径が、前記ガイド部材の直径に対応しており、これにより前記ガイド部材が、前記ガイド部材に挿入され、
前記熱伝導部材の側面が、前記ガイド部材に接触しており、
前記ガイド部材が、前記ヒートシンクの内面から突出していることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
前記ガイド部材が、桶状の形態とされ、、
前記ガイド部材の直径が、前記熱伝導部材の直径に対応しており、これにより前記ガイド部材が、前記熱伝導部材に挿入され、
前記ガイド部材が、前記ガイド部材の側面に接触しており、
前記ガイド部材が、前記ヒートシンクの内面から突出していることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
前記弾性部材が、コイルバネ構造体又は板バネ構造体とされることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
前記間隔維持部材が、前記ヒートシンクに一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
熱伝導物質が、前記発熱素子に対する前記熱伝導部材の接触面とガイド部材に対する前記熱伝導部材の接触面とに塗布されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の放熱装置。
前記ヒートシンクが前記基板に固定された状態で取り付けられた後であっても、前記熱伝導部材を前記ガイド部材にさらに押し込むことができる空間が提供されるように、前記熱伝導部材及び前記ガイド部材の長さが設定されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の放熱装置。